“工程师眼中的世博”征文

世博新能源之太阳能电池——孙永伟

重点词：太阳能电池、低碳

       由于过去过度的二氧化碳排放，造成了全球气候变化，已经引起了全球人的关注，因此低碳排放已经成为当今世界的一大潮流。在这个背景下，上海世博提出了低碳世博这一响亮的口号，可以说顺变了时代的潮流。但我们要清楚地看到，目前世界上用的绝大多数的能源（电能）最终都是通过燃烧煤得来的，它们最终变成了二氧化碳，还带来了烟尘，酸雨等等。因此，新能源的利用刻不容缓。

图1：工人正在安装主题馆屋顶上的太阳能电池板

       上海世博会在新能源的利用方面起到了很好的带头作用。谈到世博会园区中的新能源利用，用的最为广泛的应该是太阳能了。在本次世博上，太阳能的利用主要有两个方面，一个是比较成熟的太阳能光热转换，这一利用中，最为常见的就是太阳能热水器，它的特点是转化效率高，但它的用途还是受很大的局限，将这个应用扩展到其它领域很难。另外一种技术，则需要更高的技术，也就是光电转换。将太阳能转化为电能，这个转化所能应用到的领域要大得多。太阳能转化成电能后非常容易传输，也非常适合于目前最为常用的电器等等，例如冰箱，电灯，空调等等所有用到电的领域，这些电器所用到的一般都是220伏50赫兹的交流电。

       在新闻中，我们知道了，本次世博会上，有中国目前规模最大的光伏项目，也是世博会历史上最大规模的光伏项目，这里所指的光伏项目就是光电转换。

       只要稍加留意，就不难发现在许多场馆的顶部，都有太阳能电池板的影子。如中国馆，世博中心馆，日本馆等等。据计算，这些太阳能建筑的屋顶每年能发电408万度，相应可减少二氧化碳排放3300多吨。

       为了让更多的人了解光伏，我们对光伏技术所涉及到的方方面面做一个简单的介绍，让更多的人知道这种清洁的绿色能源。

       太阳每年为我们提供了大量的能源，但这些能源在过去甚至现在都没有得到充分的利用，白白浪费掉了。要想将太阳能转化为电能，需要一种特殊的材料，这里最为常用的是半导体材料。太阳光照射在半导体材料上后产生能够自由活动的电子，这些电子在普通半导体的运动是杂乱无章的，里面最终变成了热，但在具有特定结构的半导体材料中，却可以使这些电子向一个方向移动，从而产生电流。单片半导体板所能够产生的电流是非常有限的，但很多块电池连起来，所产生的电量就相当可观了。当然，不同的半导体材料实现光电转化的能力也不一样，产业化的太阳能电池转化效率一般在10%左右，所用到的材料以硅为主，也有碲化镉基或者铜铟镓硒等等。

       由于电子向一个方向移动所产生的电流，就是我们所说的直流电，这些直流电是不能直接被我们的家用电器所使用的，为什么呢？因为我们家庭所用的电器大多都是交流电，所需要的电压也要求比较恒定，不能有太大的起伏。所以，我们这里必须有一种装置，将不太稳定的直流电转变成为电压稳定的交流电，这个装置就是逆变器。

       还有一点值得考虑的是，太阳能电池板只有在白天的时候才能产生电，到了晚上太阳落山了，就不能再产生电了。这就需要有一种可以将电能存储起来的装置，这个装置就是蓄电池。在一些路灯上面，都可以看到这种应用。白天太阳能电池给蓄电池充电，晚上就可以用蓄电池里的电来点亮路灯照明了。太阳能电源板加蓄电池结构，还可以用在偏远的或者比较难以用到市电的地方。

       随着，太阳能电池的推广，会有越来越多的太阳能电池板被铺开。但我这里想指出的是，废旧的太阳能电池板不能随意丢弃，希望有安装部门也能负责回收，因为有些太阳能电池板是有毒的，我们在享受它带来的新能源的同时，也不能忽视它可能对环境造成的破坏，只有有效的控制，才能够趋利避害，给人类带来幸福。

       最后，我们要感谢世博会，给我们提供了一个很好的科普阵地，它是我们一个窗口，让我们这些老百姓能够透过这个窗户看到未来。

       保护环境，增强环保意识，普及科学知识，从我做起。

“工程师眼中的世博”征文作者简介

       孙永伟   六西格玛黑带，现供职于通用电气能源集团（ GE Energy），目前专注于六西格玛质量管理，曾从事高效率太阳能电池材料的研发以及回收方面的研究，将六西格玛与研发项目相结合，大幅提高了回收效率。

背景资料

太阳能电池
        我们通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。光——电直接转换是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光——电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是现阶段发展最成熟的，在应用中居主导地位。太阳能电池具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的。
        全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。2008年全球太阳能电池的生产量提升至6.85GW，也几乎是倍数的成长。
        中国对太阳能电池的研究起步于1958年，目前，中国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量为1188MW，2008年的产量继续提高，达到了200万千瓦。2009年中国太阳能电池/模组制造商的产能较2008年倍增，达到8,000MW，电池产量超过4,000MW。
中国已在生产制造方面取得重要地位，也将成为使用太阳能的大市场。2009年国家陆续出台了太阳能屋顶计划、金太阳工程等诸多补贴扶持政策，在政策的支持下中国有望像美国一样，会启动一个巨大的市场。